2.Плавильное оборудование для процессов литья.
Плавильное оборудование включает печи для плавки металлов, загрузочные уст-ройства, оборудование для очистки отходящих газов, воздухоподогреватели для топлив-ных печей, контрольно-измерительные приборы и аппаратуру для автоматического упра-вления процессом плавки.
Для плавки стали, чугуна, сплавов на основе алюминия, магния, меди обычно слу-жат индукционные и дуговые печи. Чугун плавят также в вагранках, а сталь - в мартено-вских печах и конвертерах с боковой продувкой. Тугоплавкие металлы и некоторые спе-циальные стали и сплавы плавят в плазменных и электроннолучевых печах.
Загрузка плавильных печей осуществляется скиповыми подъёмниками, моноре-льсовыми и мостовыми кранами.
Рассмотрим печи, используемые для плавки металла при изготовлении художест-ваенных изделий.
Вагранка.
Вагранка - печь, применяемая в литейном производстве для плавки чугуна. Прото-типом вагранки послужили доменные печи, в которых переплавляли литейный чугун и лом до сер. 18 в. Появление вагранки способствовало выделению чугунолитейных цехов в особое производство. Вагранка имеет вертикальную шахту (рис.1), в нижней части кото-рой расположен горн, служащий для накопления жидкого чугуна. Средняя часть шахты полностью загружается шихтовыми материалами – смесью металла, топлива (кокса) и флюсов (специальных добавок), обеспечивающих жидкотекучесть и другие свойства рас-плава. Из горна чугун перетекает в копильник, откуда выпускается в разливочный ковш через нижнюю лётку (специальное отверстие, заделываемое после окончания плавки и вы-пуска металла). Металлическая шихта состоит из получаемого в домне литейного чугуна (в чушках), чугунного лома, возврата металла литейного цеха (брак отливок, лом литни-ков, прибылей и т. п.), стальных отходов металлургического производства (т. н. скрапа), ферросплавов для улучшения свойств (легирования) получаемого чугуна. Для ускорения розжига печи и интенсификации плавки металла в печь подают обогащённый кислородом воздух. Производительность вагранки зависит от её размеров, состава шихты, вида и рас-хода топлива.
Индукционная печь.
Индукционная плавильная печь, электротермическая установка для плавки мате-риалов с использованием индукционного нагрева. В одном из вариантов она состоит ти-
гля, вокруг которого намотана спираль из медной трубки, по которой циркулирует охлаждающая вода. По трубке пропускают переменный ток с частотой 20 – 30 тыс. периодов в секунду.
Рис. 1. Схема вагранки:
1 – жёлоб для выпуска чугуна из копильника; 2 – лётка; 3 – копильник; 4 – фурмы для дутья; 5 – воздушный коллектор; 6 – шахта; 7 – загрузочное окно; 8 – искроу-ловитель; 9 – труба; 10 – загрузочная бадья; 11 – разливочный ковш
В тигель загружают металл, а протекающий по спиральной трубке ток высокой частоты возбуждает в металле магнитное поле с вихревыми токами Фуко, которые и служат источником тепла, позволяющего получить температуру до 20000 С. Преимуществом этих печей является то, что под действием вихревых токов металл хорошо перемешивается, а печь имеет большую производительность и высокий к.п.д.
Замечание.
Индукционный нагрев – это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно - это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников пе-ременного магнитного поля). Индукционный нагрев проводится следующим образом. Эле-ктропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медно-го). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возни-кает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла. Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в кото-ром индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является как бы вторичной об-моткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по во-здуху.
Рис.2. Схемы индукционных плавильных печей: а — тигельная, б — канальная;
1 - индуктор; 2 - расплавленный металл; 3 - тигель; 4 - магнитный сердечник;
5 - подовый камень с каналом тепловыделения.
Тигельная индукционная печь (показана на рис. 2 а) состоит из индуктора, предста-вляющего собой соленоид, выполненный из медной водоохлаждаемой трубки, и тигля, который в зависимости от свойств расплава изготовляется из керамических материалов, а в специальных случаях - из графита, стали и др. В тигельных индукционных печах выпла-вляют сталь, чугун, драгоценные металлы, медь, алюминий, магний. Печи изготовляют с ёмкостью тигля от нескольких кг до нескольких сотен т. Они выполняются: открытыми, вакуумными, газонаполненными и компрессионными; питание печей осуществляется токами низкой, средней и высокой частоты.
Также применяются и индукционные печи другого типа - канальные индукционные печи (рис. 2б), состоящие из плавильной ванны и так называемой индукционной единицы, в которую входят подовый камень, магнитный сердечник и индуктор. Отличие канальных печей от тигельных состоит в том, что преобразование электромагнитной энергии в теп-ловую происходит в канале тепловыделения, который должен быть постоянно заполнен электропроводящим телом. Для первичного пуска канальных индукционных печей в ка-нал заливают расплавленный металл или вставляют шаблон из материала, который будет плавиться в печи. При завершении плавки металл из печи сливают не полностью, оставляя так называемое «болото», которое обеспечивает запол-нение канала тепловыделения для последующего пуска. Для облегчения замены подового камня индукционные единицы современных печей изготовляют отъёмными. В канальных индукционных печах выплав-ляют цветные металлы и их сплавы, чугун. Ёмкость плавильных ванн печей может быть от нескольких сотен кг до сотен т; питание печей осуществляется током промышленной частоты.
Для плавки в индукционных печах характерны: относительно холодный шлак, так как тепло выделяется в расплавленном металле; большая производительность процесса; интенсивное перемешивание и высокое качество переплавляемого металла. Индукцион-ные печи применяют для переплава и рафинирования металлов, а также в качестве миксе-ров (копильников) для хранения и перегрева жидкого металла перед разливкой.
Дуговая печь.
Дуговая печь нагревается за счет электрической дуги, в последнее время широко применяются печи с замыканием дуги на ванну.
Дуговая печь – это электрическая печь, в которой используется тепловой эффект электрической дуги для плавки металлов и др. материалов. Первые промышленные дуго-вые печи были построены в 1898—1901 П. Эру во Франции и Э. Стассано в Италии. В России пер-вая дуговая печь была установлена в 1910 на Обуховском заводе в Петербурге.
По способу нагрева дуговая печь подразделяют на печи прямого действия, печи ко-свенного действия и печи с закрытой дугой. В печах прямого действия электрические дуги горят между электродами и нагреваемым телом (рис. 3, а). В печах косвенного действия дуга горит между электродами на некотором расстоянии от нагреваемых материалов, ко-торым тепло от дуги передаётся излучением (рис. 3, б). В печах с закрытой дугой дуги го-рят под слоем твёрдой шихты, окружающей электроды (рис. 3, в). Шихта нагревается теп-лом, выделяющимся в дуге, а также джоулевым теплом, образующимся при прохождении тока через шихту.
Электроэнергия в дуговые печи подаётся от трансформатора через медные шины и угольные или (чаще) графитированные электроды, большей частью круглого сечения. На-ибольшее распространение получили трёхфазные дуговые печи, в которых дуги горят ме-жду тремя электродами и перерабатываемым материалом.
Рис. 3. Схемы дуговых печей: а — прямого действия; б — косвенного действия; в — с закрытой дугой.
Современная электросталеплавильная дуговая печь представляет собой мощный высокомеханизированный и автоматизированный агрегат, в котором сведена к минимуму продолжительность производственных операций между плавками - выпуск предыдущей и загрузка материалов для следующей, что позволяет наиболее эффективно использовать рабочее печное время.
Основной элемент конструкции дуговой печи - металлический корпус в виде ко-жуха, как правило, круглого сечения. Изнутри кожух футерован высокоогнеупорными материалами. Огнеупорная кладка съёмного свода печи выполнена в кольце. Для загрузки шихты в печь свод обычно поднимают и отводят в сторону. В стенах дуговой печи имеют-ся одно или два рабочих окна и одно выпускное отверстие с жёлобом для слива металла и шлака в ковш. В своде расположены отверстия для ввода электродов, снабжённые водоох-лаждаемыми металлическими коробками (экономайзерами). Дуговая печь устанавливает-ся на люльке для возможности наклона печи в сторону рабочего окна или выпускного от-верстия при помощи механизма наклона с электрическим или гидравлическим приводом. Современные дуговые печи снабжены индукторами для электромагнитного перемешива-ния жидкой ванны. Дуговые печи строят различной ёмкости от десятков кг и (до 250 т) с мощностью трансформатора до 85 000 ква (рис. 4).